Vědci vytvořili plast ekvivalentní oceli – pevný, ale ne těžký. Plasty, které chemici někdy nazývají polymery, jsou třídou molekul s dlouhým řetězcem složených z krátkých opakujících se jednotek nazývaných monomery. Na rozdíl od předchozích polymerů stejné pevnosti se nový materiál dodává pouze v membránové formě. Je také 50krát vzduchotěsnější než nejvíce nepropustný plast na trhu. Dalším pozoruhodným aspektem tohoto polymeru je jeho jednoduchost syntézy. Proces, který probíhá při pokojové teplotě, vyžaduje pouze levné materiály a polymer lze hromadně vyrábět ve velkých listech o tloušťce pouze nanometrů. Vědci svá zjištění zveřejnili 2. února v časopise Nature.
Dotyčný materiál se nazývá polyamid, což je vláknitá síť amidových molekulárních jednotek (amidy jsou dusíkaté chemické skupiny připojené k atomům uhlíku vázaným kyslíkem). Mezi takové polymery patří kevlar, vlákno používané k výrobě neprůstřelných vest, a nomex, nehořlavá tkanina. Stejně jako kevlar jsou molekuly polyamidu v novém materiálu vzájemně propojeny vodíkovými vazbami po celé délce svých řetězců, což zvyšuje celkovou pevnost materiálu.
„Drží se pohromadě jako suchý zip,“ řekl hlavní autor Michael Strano, chemický inženýr z MIT. Trhání materiálů vyžaduje nejen přerušení jednotlivých molekulárních řetězců, ale také překonání obrovských mezimolekulárních vodíkových vazeb, které prostupují celým polymerním svazkem.
Nové polymery navíc dokáží automaticky tvořit vločky. Díky tomu se materiál snadno zpracovává, protože z něj lze vyrobit tenké filmy nebo jej použít jako povrchový nátěr tenkých vrstev. Tradiční polymery mají tendenci růst jako lineární řetězce nebo se opakovaně větví a spojují ve třech rozměrech bez ohledu na orientaci. Stranovy polymery však rostou ve 2D jedinečným způsobem a tvoří nanovrstvy.
„Můžete agregovat na kus papíru? Ukazuje se, že ve většině případů to nedokážete, dokud neuděláme naši práci,“ řekl Strano. „Takže jsme objevili nový mechanismus.“ V této nedávné práci jeho tým překonal překážku, která umožnila tuto dvourozměrnou agregaci.
Důvod, proč mají polyaramidy planární strukturu, spočívá v tom, že syntéza polymerů zahrnuje mechanismus zvaný autokatalytické templátování: jak se polymer prodlužuje a lepí na stavební bloky monomerů, rostoucí polymerní síť indukuje, že následné monomery se spojují pouze ve správném směru, čímž se posílí spojení dvourozměrné struktury. Vědci prokázali, že mohou snadno nanést polymer v roztoku na destičky a vytvořit tak lamináty o šířce jednoho palce a tloušťce menší než 4 nanometry. To je téměř miliontina tloušťky běžného kancelářského papíru.
Pro kvantifikaci mechanických vlastností polymerního materiálu vědci změřili sílu potřebnou k propíchnutí otvorů v zavěšené vrstvě materiálu tenkou jehlou. Tento polyamid je skutečně tužší než tradiční polymery, jako je nylon, tkanina používaná k výrobě padáků. Je pozoruhodné, že k odšroubování tohoto supersilného polyamidu je zapotřebí dvakrát větší síly než k odšroubování oceli stejné tloušťky. Podle Strana lze látku použít jako ochranný povlak na kovových površích, jako jsou například obložení automobilů, nebo jako filtr k čištění vody. V druhém případě musí být ideální filtrační membrána tenká, ale dostatečně pevná, aby odolala vysokému tlaku, aniž by do konečného zdroje unikaly malé, obtěžující kontaminanty – což je pro tento polyamidový materiál ideální volba.
Strano doufá, že v budoucnu rozšíří metodu polymerace na různé polymery nad rámec tohoto kevlarového analogu. „Polymery jsou všude kolem nás,“ řekl. „Dělají všechno.“ Představte si, že byste mnoho různých druhů polymerů, dokonce i exotických, které dokáží vést elektřinu nebo světlo, přeměnili na tenké filmy, které mohou pokrýt různé povrchy, dodává. „Díky tomuto novému mechanismu by nyní mohly být použity i jiné druhy polymerů,“ řekl Stano.
Ve světě obklopeném plasty má společnost důvod k nadšení z dalšího nového polymeru, jehož mechanické vlastnosti jsou vším, jen ne obyčejné, uvedl Strano. Tento aramid je extrémně odolný, což znamená, že můžeme nahradit běžné plasty, od barev přes tašky až po obaly na potraviny, menším počtem a pevnějšími materiály. Strano dodal, že z hlediska udržitelnosti je tento supersilný 2D polymer krokem správným směrem k osvobození světa od plastů.
Shi En Kim (jak se jí obvykle říká Kim) je nezávislá vědecká spisovatelka narozená v Malajsii a redaktorka Popular Science Spring 2022. Píše rozsáhle na témata od bizarního využití pavučin – lidmi nebo samotnými pavouky – až po sběrače odpadků ve vesmíru.
Kosmická loď Starliner od společnosti Boeing se zatím nedostala k Mezinárodní vesmírné stanici, ale odborníci jsou optimističtí ohledně třetího zkušebního letu.
Jsme účastníkem partnerského reklamního programu Amazon Services LLC Associates Program, jehož cílem je umožnit nám vydělávat poplatky propojením s Amazon.com a přidruženými weby. Registrací nebo používáním těchto stránek souhlasíte s našimi Podmínkami služby.
Čas zveřejnění: 19. května 2022